一種掃查式雷射超聲檢測方法及其系統的製作方法
2023-05-27 00:11:31
一種掃查式雷射超聲檢測方法及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種掃查式雷射超聲檢測方法及其系統，其方法步驟為：通過上位機軟體控制雷射器產生脈衝雷射束；振鏡掃描裝置對被測材料進行水平X-Y軸方向二維掃查；利用在試塊對心的縱波傳感器接收產生的縱波信號；接收的縱波信號經放大後，由數字A/D採集卡採集產生的縱波信號，上位機軟體對採集的超聲波信號進行帶通濾波；利用計算機控制電路系統控制掃查動鏡系統對材料表面進行二維掃查成像，根據材料表面是否有表面裂紋缺陷的縱波一次峰值信號到達傳感器的時間不同，可以迅速對二維掃查接收的縱波信號進行光聲成像，實現對檢測材料缺陷的快速定量成像檢測。本發明計算機處理數據量小，可直接從縱波傳播圖像中對材料缺陷進行定量檢測。
【專利說明】一種掃查式雷射超聲檢測方法及其系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷射超聲無損檢測【技術領域】，涉及一種掃查式雷射超聲檢測方法；本發明還涉及一種實施上述掃查式雷射超聲檢測方法進行材料檢測的掃查式雷射超聲檢測系統。
【背景技術】
[0002]工業生產中，金屬板材在軋制過程中，很容易在板材表面或內部產生損傷，接觸面類缺陷(如表面缺陷、分層、夾雜等)是較為常見的缺陷，雷射超聲技術適合檢測這種接觸面類損傷，檢測過程中可顯著提高這類缺陷的信噪比和靈敏度，具有十分重要的實際應用價值。雷射超聲波檢測技術主要採用雷射在材料表面激發出超聲波信號(包括表面波、縱波、橫波等多種超聲信號)，由於表面波與材料表面缺陷作用產生信號特性變化(如幅值、頻率)，具有較高的靈敏度，因此，一般採取表面波技術對表面損傷進行檢測，其中pitch-catch方法及pulse_echo方法是比較常見的兩種方法。
[0003]專利申請(201310669619.7)提出了「一種用於無損探傷的超聲場非接觸可視化方法及裝置」，這種檢測系統突破了傳統超聲探頭需要接觸待檢對象的瓶頸，具有較高的靈敏度。但是這種檢測系統:檢測數據處理量大，無法實現對檢測缺陷的形狀及大小的定量檢測。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術所存在的技術缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠實現對材料缺陷的形狀及大小的定量檢測，並且檢測數據處理量小的掃查式雷射超聲檢測方法。
[0005]與此相應，本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種實施上述掃查式雷射超聲檢測方法進行材料檢測的掃查式雷射超聲檢測系統，檢測數據處理量小，能夠方便地進行材料缺陷的形狀及大小的定量檢測。
[0006]本發明為解決所述技術問題的一種掃查式雷射超聲檢測方法，包括以下步驟:
(1)通過上位機軟體控制雷射器產生脈衝雷射束，射入振鏡掃描裝置；所述的振鏡掃描裝置根據上位機軟體設計好的掃描路線對被測材料進行水平X-Y軸方向二維掃查；
(2)同時在雷射掃描區域的另一側安裝一個縱波傳感器,縱波傳感器接收雷射束在材料中產生的縱波信號；開啟信號放大器、數據採集卡和計算機的上位機採集軟體，同時設置採集的採樣率、以及上位機帶通濾波器的參數，以確保超聲波信號的正確採集，以防止漏米、多米等情況的發生；
(3)通過上位機軟體控制振鏡掃描裝置，以便控制掃查系統中X-Y中的兩軸聚焦透鏡的位置，改變雷射束在材料中的激發位置，實現對材料的水平X-Y軸方向進行二維掃查檢測缺陷；當雷射束掃查到無表面缺陷的材料位置處時，縱波傳感器接收到的縱波信號的一次縱波峰值時間將提前，從而將這種信號輸送到上位機軟體進行數據處理分析、記錄和後期成像處理；
(4)信號採集器將接收到的縱波信號傳送到計算機中，計算機將採集到的縱波信號存儲於(X，Y，t)矩陣中，得到縱波在檢測材料中的傳播圖像；根據縱波信號在有缺陷的位置處一次縱波峰值到達時間，確定縱波在材料中傳播到缺陷時的圖像，對材料中的缺陷進行圖像化檢測；
所述的接收到的縱波信號用於計算機進行信號分析；並且通過上位機軟體分析和比較不同位置處接收的一次縱波信號峰值到達時間，更進一步地確定材料中缺陷的檢測位置及所需選取的縱波傳播圖像時間和對材料中的缺陷進行圖形化檢測。
[0007]所述的對被測材料進行二維掃查檢測的掃描形狀是矩形的，二維掃查間距為
0.
[0008]本發明為解決所述技術問題的一種掃查式雷射超聲檢測系統，包括雷射器、振鏡掃描裝置、信號採集器，其特徵在於，還包括用於接收雷射束在材料中產生的縱波信號的縱波傳感器和用於將雷射束在材料中產生波信號進行放大的信號放大器。
[0009]所述的振鏡掃描系統的X、Y方向旋轉小鏡的掃描視角為±25°，最大掃描頻率可達3kHz。
[0010]所述的信號採集器採用高速數字A/D採集卡。
[0011]所述的雷射器為Nd:YAG雷射器。
[0012]本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果:
1.突破了傳統雷射超聲波無損檢測技術對被測材料無法進行定量檢測的缺點。
[0013]2.採取縱波分析的方法對材料的表面缺陷進行檢測，大大縮短了檢測時間。
[0014]3.該檢測方法不需對大量的數據進行處理，可以根據縱波達到傳感器的位置時間，自動選取縱波在材料內部的傳播圖像，檢測數據量小，而且提高了整個檢測系統的檢測效率。
[0015]4.該檢測方法不受盲區的影響，適用於材料表面、近表面、內部的缺陷，不僅操作簡單、重複性好、而且不依賴於檢測人員的技術水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明所述的一種掃查式雷射超聲檢測系統框圖。
[0017]圖2是本發明所述的一種掃查式雷射超聲檢測方法的雷射超聲二維掃描示意圖。
[0018]圖3是本發明所述的掃查式雷射超聲檢測方法實施實驗過程中選取的不鏽鋼板缺陷示意圖。
[0019]圖4是對圖3所示的不鏽鋼板缺陷進行掃查式雷射超聲檢測時的縱波傳播成像示意圖。
[0020]圖5是對圖3所示的不鏽鋼板實施實驗的不同位置處檢測到的縱波波形結果。
[0021]圖6是對圖3所示的不鏽鋼板實施實驗的縱波傳播圖像結果。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明。
[0023]本發明所述的一種掃查式雷射超聲檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟:
(I)通過上位機軟體控制雷射器產生脈衝雷射束，雷射器束對準振鏡掃描裝置的中心位置進行射入；所述的振鏡掃描裝置根據上位機軟體設計好的掃描路線對被測材料進行水平X-Y軸方向二維掃查；由於雷射熱彈機製作用，在被測材料上同時產生橫波、縱波及表面波信號。
[0024](2)同時在雷射掃描區域的另一側安裝一個縱波傳感器，縱波傳感器接收雷射束在材料中產生的縱波信號；開啟信號放大器、數據採集卡和計算機的上位機採集軟體，同時設置採集的採樣率、以及上位機帶通濾波器的參數，以確保超聲波信號的正確採集，以防止漏採、多採等情況的發生；上位機軟體對採集的超聲波信號進行帶通濾波的作用是減小隨機噪聲信號的影響。
[0025](3)通過上位機軟體控制振鏡掃描裝置，以便控制掃查系統中X-Y中的兩軸聚焦透鏡的位置，改變雷射束在材料中的激發位置，實現對材料的水平X-Y軸方向進行二維掃查檢測缺陷；當雷射束掃查到無表面缺陷的材料位置處時，縱波傳感器接收到的縱波信號的一次縱波峰值時間將提前，從而將這種信號輸送到上位機軟體進行數據處理分析、記錄和後期成像處理；所述的上位機包括:縱波傳播的成像方法和振鏡掃描路線設計算法。
[0026](4)信號採集卡將接收到的縱波信號傳送到計算機中，計算機將採集到的縱波信號存儲於(X，Y，t)矩陣中，得到縱波在檢測材料中的傳播圖像；根據傳播圖像可以有效對材料中的缺陷進行檢測；根據縱波信號在有缺陷的位置處一次縱波峰值到達時間，確定縱波在材料中傳播到缺陷時的圖像，對材料中的缺陷進行圖像化檢測。
[0027]振鏡掃描系統主要功能是:將雷射器激發出的雷射束改變其在試件材料中的位置，根據上位機軟體設計好的二維掃描路線，快速對被測試件進行缺陷掃查。在掃描過程中，激發出來的縱波信號在試件中傳播，根據縱波信號在有無裂紋處的一次峰值達到的時間不同。
[0028]所述的接收到的縱波信號用於計算機進行信號分析；並且通過上位機軟體分析和比較不同位置處接收的一次縱波信號峰值到達時間，更進一步地確定材料中缺陷的檢測位置及所需選取的縱波傳播圖像時間和對材料中的缺陷進行圖形化檢測。採用雷射成像方法提取縱波峰值時刻處的縱波傳播圖像，從而完成對試塊中的缺陷進行定量無損檢測。
[0029]所述的對被測材料進行二維掃查檢測的掃描形狀是矩形的，二維掃查間距為
0.
[0030]—種實施上述方法的掃查式雷射超聲檢測系統，包括雷射器、振鏡掃描裝置、信號採集器，其特徵在於，還包括用於接收雷射束在材料中產生的縱波信號的縱波傳感器和用於將雷射束在材料中產生波信號進行放大的信號放大器。
[0031]所述的振鏡掃描系統的X、Y方向旋轉小鏡的掃描視角為±25°，最大掃描頻率可達3kHz。
[0032]所述的信號採集器採用高速數字A/D採集卡。
[0033]所述的雷射器為Nd: YAG雷射器。
[0034]本發明的工作原理是；根據縱波在材料中的傳播原理，當超聲波遇到裂紋或其它缺陷時，根據不同掃描點產生的縱波到達傳感器位置時刻不同，採用縱波二維成像方法對材料中的缺陷進行定量檢測。根據缺陷所在區域，振鏡掃描裝置通過選擇所在區域的振鏡掃描算法改變雷射掃描路線。
[0035]以下對採用本發明所述的方法及其系統進行的一次實驗進行簡述:
1.選取試件不鏽鋼板，規格為100mmX 100mmX 12mm，其不鏽鋼板材料中有一個直徑為I mm、深0.5mm的圓孔。
[0036]2.調節雷射器，將雷射器發出的雷射作用在振鏡掃描裝置中，通過振鏡裝置中X-Y軸的聚焦透鏡位置改變雷射束在檢測材料中的激發位置，按照圖3掃描的區域對檢測材料進行二維掃描，其中，掃描面積為1mmX 10mm，掃描間隔設置為0.2mm，掃描點為50，在不鏽鋼板中產生的縱波信號，遇到不鏽鋼板中的裂紋，雷射作用於裂紋產生縱波一次峰值到達傳感器的時刻的延遲，實驗檢測附圖見圖5。
[0037]3.在檢測材料掃描區域的對心採取縱波傳感器接收產生的縱波信號，其中本實驗採取的縱波傳感器直徑為2cm的直探頭，中心頻率選取為2.5MHz，將採集到的縱波信號經放大電路進行信號放大，並通過高速數字A/D採集卡採集縱波信號，上位機軟體對接收的縱波信號進行檢測、並通過二維掃查成像方法(見圖4)進行縱波傳播圖像成像，對材料中的缺陷進行定量成像檢測。採用逐點雷射掃描的方式，對材料中的裂紋區域的位置進行雷射光聲技術對其進行縱波二維成像檢測，縱波傳播圖像採取顏色的形式呈現，可以簡單的對材料中出現的缺陷進行定量檢測，實驗檢測結果見圖6。
【權利要求】
1.一種掃查式雷射超聲檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)通過上位機軟體控制雷射器產生脈衝雷射束，射入振鏡掃描裝置；所述的振鏡掃描裝置根據上位機軟體設計好的掃描路線對被測對象進行水平X-Y軸方向二維掃查； (2)同時在雷射掃描區域的另一側安裝一個縱波傳感器,縱波傳感器接收雷射束在材料中產生的縱波信號；開啟信號放大器、數據採集卡和計算機的上位機採集軟體，同時設置採集的採樣率、以及上位機帶通濾波器的參數； (3)通過上位機軟體控制振鏡掃描裝置，以便控制掃查系統中X-Y中的兩軸聚焦透鏡的位置，改變雷射束在材料中的激發位置，實現對材料的水平X-Y軸方向進行二維掃查檢測缺陷；當雷射束掃查到無表面缺陷的材料位置處時，縱波傳感器接收到的縱波信號的一次縱波峰值時間將提前，從而將這種信號輸送到上位機軟體進行數據處理分析、記錄和後期成像處理； (4)信號採集器將接收到的縱波信號傳送到計算機中，計算機將採集到的縱波信號存儲於(X，Y，t)矩陣中，得到縱波在檢測材料中的傳播圖像；根據縱波信號在有缺陷的位置處一次縱波峰值到達時間，確定縱波在材料中傳播到缺陷時的圖像，對材料中的缺陷進行圖像化檢測。
2.根據權利要求1所述的一種掃查式雷射超聲檢測方法，其特徵在於，所述的接收到的縱波信號用於計算機進行信號分析；並且通過上位機軟體分析和比較不同位置處接收的一次縱波信號峰值到達時間，更進一步地確定材料中缺陷的檢測位置及所需選取的縱波傳播圖像時間和對材料中的缺陷進行圖形化檢測。
3.根據權利要求1所述的一種掃查式雷射超聲檢測方法，其特徵在於，所述的對被測材料進行二維掃查檢測的掃描形狀是矩形的，二維掃查間距為0.
4.一種實施權利要求1至4任一項所述方法的掃查式雷射超聲檢測系統，包括雷射器、振鏡掃描裝置、信號採集器，其特徵在於，還包括用於接收雷射束在材料中產生的縱波信號的縱波傳感器和用於將雷射束在材料中產生波信號進行放大的信號放大器。
5.根據權利要求5所述的一種掃查式雷射超聲檢測系統,其特徵在於,所述的振鏡掃描系統的X、Y方向旋轉小鏡的掃描視角為±25°，最大掃描頻率可達3kHz。
6.根據權利要求5所述的一種掃查式雷射超聲檢測系統,其特徵在於,所述的信號米集器採用高速數字A/D採集卡。
7.根據權利要求5所述的一種掃查式雷射超聲檢測系統，其特徵在於，所述的雷射器為Nd:YAG雷射器。
【文檔編號】G01N29/06GK104345092SQ201410568182
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】王海濤, 曾偉, 楊先明, 郭瑞鵬, 胡國星 申請人:南京航空航天大學